-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Steuerung eines Kraftstoffeinspritzsystems für eine Brennkraftmaschine eines
Fahrzeugs.
-
Der
Anmelderin sind Kraftstoffeinspritzsysteme bekannt, welche einen
Druckspeicher – im
Folgenden als Common-Rail bezeichnet – , eine Hochdruckpumpe, ein
Mengensteuerventil zur Steuerung der Kraftstoff-Fördermenge
der Hochdruckpumpe in den Common-Rail und ein Steuergerät zur Ansteuerung
des Mengensteuerventils aufweisen.
-
In
der
DE 198 34 120 ist
zudem ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem Mengensteuerventil
beschrieben, welches den Druckaufbau in dem Common-Rail steuert.
Derartige Mengensteuerventile werden insbesondere bei direkt einspritzenden Brennkraftmaschinen
verwendet.
-
In
der
DE 199 12 966 A1 ist
ein Kraftstoffeinspritzsystem beschrieben, bei dem der Druck im Common-Rail
durch eine geeignete Steuerung des Mengensteuerventils erfolgt.
Das Mengensteuerventil ist auf der Saugseite der Hochdruckpumpe
angeordnet. Solange das Mengensteuerventil geöffnet ist, kann die Hochdruckpumpe
Kraftstoff ansaugen, dessen Druck erhöhen und anschließend in
den Common-Rail fördern.
-
Bei
den obigen Ansätzen
hat sich jedoch die Tatsache als nachteilig herausgestellt, dass
eine Ansteuerung des Mengensteuerventils in Abhängigkeit des Pumpenhubs der
Hochdruckpumpe, d.h. pumpenhubsynchron erfolgt. Bei einer Einkolbenhochdruckpumpe,
welche zur Erzeugung des Kraftstoffhochdrucks bei einer Benzindirekteinspritzung
eingesetzt und von der Brennkraftmaschine direkt angetrieben wird,
erfolgt der Antrieb der Hochdruckpumpe über eine Nockenwelle mit einem
oder mehreren Ansteuernocken.
-
Mit
steigendem Durchmesser und steigendem Hub des Kolbens der Einkolbenhochdruckpumpe
sowie mit steigender Anzahl der Steuernocken auf der Nockenwelle
wird die maximale Fördermenge
der Pumpe erhöht.
Im Allgemeinen werden zwei Steuernocken oder für eine größere Kraftstofffördermenge
drei Steuernocken pro Nockenwellenumdrehung auf der Nockenwelle
eingesetzt. Bei einer gleichmäßigen, pumpenhubsynchronen
Ansteuerung des Mengensteuerventils gemäß den obigen bekannten Ansätzen muss
allerdings bei jedem Nockenhub das Mengensteuerventil phasengerecht
angesteuert werden, da durch die Festlegung des Zeitpunkts der Ansteuerung
des Mengensteuerventils die Steuerung der Kraftstoff-Fördermenge
bewerkstelligt wird.
-
Es
besteht bei diesen Ansätzen
somit ein Nachteil darin, dass die Anzahl der Steuernocken auf der
Nockenwelle und somit die maximale Fördermenge insbesondere bei
hohen Motordrehzahlen aufgrund zu hoher Ansteuerfrequenzen beschränkt ist.
-
Um
die maximale Kraftstoff-Fördermenge
zu vergrößern und
auch bei hohen Motordrehzahlen eine phasengerechte Ansteuerung gewährleisten
zu können,
ist der Anmelderin der Ansatz bekannt, anstatt einer Hochdruckpumpe,
welche über
eine Nockenwelle mit vier Steuernocken angesteuert wird, zwei parallele
Hochdruckpumpen mit jeweils zwei Steuernocken vorzusehen.
-
An
diesem Ansatz hat sich jedoch die Tatsache als nachteilig herausgestellt,
dass eine parallele Anordnung von zwei oder mehr Hochdruckpumpen einen
erhöhten
Bauraumbedarf, einen erhöhten
Regelaufwand erhöhte
Herstellungskosten sowie einen vergrößerten Herstellungsaufwand
zur Folge hat.
-
Somit
liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes
Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Steuerung eines Kraftstoffeinspritzsystems
zu schaffen, welche auch bei hohen Motordrehzahlen eine genaue Steuerung der
gewünschten
Kraftstoff-Fördermenge
gewährleisten.
-
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das
Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch
1 bzw. durch die Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch
11 gelöst.
-
Die
der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin,
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Kraftstoffeinspritzsystems
für eine
Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs bereitzustellen, wobei die Brennkraftmaschine
einen Common-Rail, eine Hochdruckpumpe, ein Mengensteuerventil zur
Steuerung der Kraftstoff-Fördermenge
der Hochdruckpumpe in den Common-Rail und ein Steuergerät zur Ansteuerung
des Mengensteuerventils aufweist, wobei der aktuelle Kraftstoffbedarf
in dem Common-Rail in Abhängigkeit
des aktuellen Fahrzustandes des Fahrzeugs mittels einer Erfassungseinrichtung
erfasst und das Tastverhältnis
der Ansteuerung des Mengensteuerventils in Abhängigkeit des ermittelten aktuellen
Kraftstoffbedarfs in dem Common-Rail mittels des Steuergerätes gesteuert wird,
wobei die Steuerung zeitsynchron und unabhängig von dem Pumpenhub der
Hochdruckpumpe ausgeführt
wird.
-
Somit
weist die vorliegende Erfindung gegenüber den bekannten Ansätzen den
Vorteil auf, dass die Steuerung des Tastverhältnisses der Ansteuerung des
Mengensteuerventils nicht pumpenhubsynchron, sondern zeitsynchron
in Abhängigkeit des
ermittelten aktuellen Kraftstoffbedarfs durchgeführt wird. Somit kann die Frequenz
zur Ansteuerung des Mengensteuerventils von der Pumpenhubfrequenz
entkoppelt und gegebenenfalls verringert sowie eine Hochdruckpumpe
durch eine Nockenwelle mit beispielsweise vier Steuernocken auch
bei hohen Drehzahlen angesteuert werden. Die maximale Fördermenge
kann durch Verwendung von beispielsweise vier Steuernocken vorteilhaft
erhöht
werden, ohne dass Synchronisationsprobleme auftreten.
-
In
den Unteransprüchen
finden sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen des
im Patentanspruch 1 angegebenen Verfahrens bzw. der im Patentanspruch
11 angegebenen Vorrichtung.
-
Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung wird der Kraftstoffdruck in dem Common-Rali
mittels eines Drucksensors erfasst, wobei der aktuelle Kraftstoffbedarf
in dem Common-Rail
durch einen Vergleich des erfassten Kraftstoffdrucks mit einem Solldruck
ermittelt wird. Beispielsweise sind entsprechende Soll-Drücke in einem
Kennfeld in einer zugeordneten Speichereinrichtung abgelegt. Somit
wird auf einfache Weise durch einen Soll-/Ist-Druck-Vergleich der
aktuelle Kraftstoffbedarf in dem Common-Rail erfasst, so dass die
Steuerung des Tastverhältnisses
der Ansteuerung des Mengensteuerventils zum Bereitstellen einer
geeigneten Kraftstoff-Fördermenge
an den Common-Rail an den erfassten Kraftstoffbedarf angepasst werden
kann.
-
Gemäß einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird die Brennkraftmaschine als Vier-Takt-Motor eines Kraftfahrzeuges
ausgebildet, wobei die Hochdruckpumpe zum Ausführen mehrerer Förderphasen
während
eines Arbeitsspiels eines Zylinders der Brennkraftmaschine ausgebildet
wird. Die Hochdruckpumpe ist vorzugsweise als Einkolbenhochdruckpumpe
ausgestaltet. Unter einem Arbeitsspiel einer nach dem Vier-Takt-Verfahren arbeitenden
Brennkraftmaschine wird im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung
ein Kurbelwinkel von 720° verstanden,
da innerhalb dieses Kurbelwinkels die vier Takte einer Brennkraftmaschine – Ansaugen, Verdichten,
Arbeiten und Ausstoßen – ablaufen.
-
Nach
einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird das Tastverhältnis der
Ansteuerung des Mengensteuerventils in Abhängigkeit des erfassten Kraftstoffdrucks
in dem Common-Rail
und in Abhängigkeit
der Drehzahl der Brennkraftmaschine gesteuert. Dadurch kann das
Tastverhältnis
der Ansteuerung des Mengensteuerventils in Abhängigkeit des aktuellen Fahrzustandes
des Fahrzeugs geeignet gesteuert werden, wobei sowohl die aktuelle
Drehzahl als auch die aktuelle Motorbelastung bei der Ansteuerung
des Tastverhältnisses
vorteilhaft mit berücksichtigt
werden.
-
Vorzugsweise
werden bis zu einer vorbestimmten Grenzdrehzahl der Brennkraftmaschine vier
Förderhübe der Hochdruckpumpe
vorgegeben, wobei das Mengensteuerventil mit einer vorbestimmten
Grundfrequenz in Abhängigkeit
des Pumpenhubs gleichmäßig, d.h.
pumpenhubsynchron angesteuert wird. Dadurch erfolgt in dem unkritischen
Motordrehzahlbereich bis zu der Grenzdrehzahl eine Ansteuerung des
Mengensteuerventils mit einer in diesem Motordrehzahlbereich noch
unkritischen Ansteuerfrequenz. Vorteilhaft wird erst ab der vorbestimmten Grenzdrehzahl
der Brennkraftmaschine das Tastverhältnis der Ansteuerung des Mengensteuerventils
in Abhängigkeit
des ermittelten aktuellen Kraftstoffbedarfs in dem Common-Rail gesteuert.
Das Tastverhältnis
wird demnach nicht pumpenhubsynchron sondern zeitsynchron und Abhängigkeit
der augenblicklichen Motorbelastung gesteuert. Somit kann bei einer
kritischen Motordrehzahl, d.h. ab der vorbestimmten Grenzdrehzahl,
beispielsweise die Ansteuerfrequenz des Mengensteuerventils auf
geeignete Weise verringert werden, ohne dass die augenblicklich
geforderte Kraftstoff-Fördermenge
unterschritten wird.
-
Gemäß einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird ab der vorbestimmten Grenzdrehzahl der Brennkraftmaschine die
Frequenz zur Ansteuerung des Mengensteuerventils gegenüber der vorbestimmten
Grundfrequenz derart auf den halben Wert verringert, dass das Mengensteuerventil
bei jedem zweiten Förderhub
der Hochdruckpumpe angesteuert wird. Dadurch wird auch bei hohen
Motordrehzahlen eine ausreichende Zeit für eine genaue Ansteuerung des
Mengensteuerventils zur Verfügung
gestellt und eine zufriedenstellende Ansteuerung gewährleistet.
Bei einem hohen Kraftstoffbedarf in dem Common-Rail wird das Tastverhältnis der
Ansteuerung des Mengensteuerventils ab der vorbestimmten Grenzdrehzahl
der Brennkraftmaschine vorzugsweise derart gesteuert, dass das Mengensteuerventil
bei jedem zweiten Förderhub
der Hochdruckpumpe für
einen Vollförderhub
und bei den dazwischen liegenden Förderhüben der Hochdruckpumpe für Regelhübe angesteuert
wird. Alternativ wird bei einem niedrigen Kraftstoffbedarf in dem Common-Rail
das Tastverhäftnis
der Ansteuerung des Mengensteuerventils ab der vorbestimmten Grenzdrehzahl
der Brennkraftmaschine vorzugsweise derart gesteuert, dass das Mengensteuerventil
bei jedem zweiten Förderhub
der Hochdruckpumpe für einen
Nullförderhub
und bei den dazwischen liegenden Förderhüben der Hochdruckpumpe für Regelhübe angesteuert
wird.
-
Bei
einem Kraftstoffzwischenbedarf zwischen dem hohen und dem niedrigen
Kraftstoffbedarf in dem Common-Rail wird das Tastverhältnis der
Ansteuerung des Mengensteuerventils vorzugsweise ab der vorbestimmten
Grenzdrehzahl der Brennkraftmaschine vorzugsweise durch eine Mischsteuerung gesteuert,
welche durch einen Wechselbetrieb der beiden vorher beschriebenen
alternativen Steuerbetriebe zusammengesetzt wird. Somit kann ein
Hochdrehzahlbetrieb auch mit einer einzigen Hochdruckpumpe, welche
durch eine Nockenwelle mit vier Ansteuernocken angesteuert wird,
bewerkstelligt werden, d.h. die nutzbare Drehzahlspanne wird vorteilhaft
erweitert.
-
Die
Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die beiliegenden Figuren der Zeichnung näher erläutert.
-
Von
den Figuren zeigen:
-
1 eine
schematische Querschnittsansicht einer Hochdruckförderpumpe
eines Kraftstoffeinspritzsystems für eine Brennkraftmaschine,
bei welchem sich das Mengensteuerventil in einem nicht-angesteuerten
Zustand befindet;
-
2 eine
schematische Querschnittsansicht einer Hochdruckförderpumpe
eines Kraftstoffeinspritzsystems für eine Brennkraftmaschine,
bei welchem sich das Mengensteuerventil in einem angesteuerten Zustand
befindet;
-
3 eine
graphische Darstellung der Motorlast in Abhängigkeit der Motordrehzahl;
-
4 graphische Darstellungen des Betriebsverhaltens
einer Hochdruckpumpe während
eines Arbeitsspiels bei einer Motordrehzahl unterhalb der Grenzdrehzahl;
-
5 eine graphische Darstellung des Betriebsverhaltens
einer Hochdruckpumpe bei einem Vollförderbetrieb während eines
Arbeitsspiels;
-
6 eine graphische Darstellung des Betriebsverhaltens
einer Hochdruckpumpe bei einem Nullförderbetrieb während eines
Arbeitsspiels;
-
7 eine graphische Darstellung des Betriebsverhaltens
einer Hochdruckpumpe bei einer Motordrehzahl oberhalb der Grenzdrehzahl
und bei einem hohen Kraftstoffbedarf während eines Arbeitsspiels;
-
8 eine graphische Darstellung des Betriebsverhaltens
einer Hochdruckpumpe bei einer Motordrehzahl oberhalb der Grenzdrehzahl
und bei einem niedrigen Kraftstoffbedarf während eines Arbeitsspiels;
und
-
9 ein
Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
-
In
den Figuren der Zeichnung bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche
oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben
ist.
-
1 und 2 illustrieren
jeweils eine schematische Querschnittsansicht der Kraftstoffhochdruckpumpe
eines Kraftstoffeinspritzsystems für eine Brennkraftmaschine eines
Fahrzeugs gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, wobei die Brennkraftmaschine einen Common-Rail 1,
eine Hochdruckpumpe 2, ein Mengensteuerventil 3 und
ein Steuergerät
zum Ansteuern des Mengensteuerventils aufweist. In 1 ist
das Mengensteuerventil in einem nicht-angesteuerten bzw. unbestromten
Zustand und in 2 in einem angesteuerten bzw.
bestromten Zustand dargestellt. Die Hochdruckpumpe 2 ist
vorzugsweise als Einkolbenhochdruckpumpe ausgebildet. Eine Einkolbenhochdruckpumpe
zeichnet sich durch einen einfachen und robusten Aufbau aus. Die
Fördermengen sind äußerst schnell
und reproduzierbar im Hochdruckraum regel- bzw. steuerbar.
-
Das
Kraftstoffeinspritzsystem weist ferner Injektoren (nicht dargestellt)
auf, welche von dem Common-Rail 1 mit Kraftstoff beaufschlagt
werden. Der Common-Rail 1 steht mit der Hochdruckpumpe 2 über eine
Hochdruckleitung 14 in Verbindung. Die Hochdruckpumpe 2 wiederum
ist mit einer Niederdruckleitung 4 verbunden, welche mit
einem Kraftstofftank 5 in Verbindung mit einer Niederdruckförderpumpe
zum Liefern des Kraftstoffs gekoppelt ist.
-
Die
Hochdruckpumpe 2 weist ferner einen Kolben 7 auf,
der in einer Zylinderpumpe gleitend geführt und mit einem Endbereich
in die Arbeitskammer 6 ragt. Das von der Arbeitskammer 6 abgewandte Ende
des Kolbens 7 wird in Einbaulage vorzugsweise von Steuernocken
einer Antriebswelle bzw. einer Nockenwelle beaufschlagt, wodurch
der Kolben 7 bei einer Drehung der Antriebswelle entsprechend
der jeweiligen Nockenanzahl in eine Hin- und Herbewegung versetzt
wird.
-
Das
Mengensteuerventil 3 ist zwischen der Niederdruckleitung 4 und
der Arbeitskammer 6 der Hochdruckpumpe 2 vorgesehen.
Das Mengensteuerventil 3 besteht beispielsweise aus einem
Rückschlagventil 8,
welches durch eine Feder 9 vorgespannt ist. Ferner umfasst
das Mengensteuerventil 3 eine Magnetspule 10 mit
einem Anker 11, der mittels einer Feder 12 federbeaufschlagt
ist. Der Anker 11 weist ferner eine Ankerstange 13 auf,
die mit dem Rückschlagventil 8 koppelbar
ist, so dass das Mengensteuerventil 3 als durch das Steuergerät ansteuerbares
Magnetventil ausgebildet ist.
-
Das
in den 1 und 2 dargestellte Kraftstoffeinspritzsystem
arbeitet nun wie folgt: in 1 ist der
nicht-angesteuerte Zustand des Mengensteuerventils 3, d.h.
der unbestromte Zustand darstellt, in welchem das Rückschlagventil 8 stets öffnet. In 2 hingegen
steuert das Steuergerät
das Mengensteuerventil 3 an, d.h. es erfolgt eine Bestromung
des Magnetventils. Im angesteuerten Zustand wird der Anker 11 mitsamt
Ankerstange 13 in die Magnetspule 10 hineingezogen,
so dass das Rückschlagventil 8 freigegeben
wird und in Abhängigkeit des
Pumpenhubs öffnet
oder schließt.
-
Der
in dem Kraftstofftank 5 enthaltene Kraftstoff wird über die
Niederdruckleitung 4 zu der Hochdruckpumpe 2 gefördert. Diese
verdichtet den Kraftstoff und fördert
ihn bei geschlossenem Mengensteuerventil 3 über die
Hochdruckleitung 14 in den Common-Rail 1. Durch
Ansteuern der nicht dargestellten Injektoren kann der Beginn und
das Ende der Einspritzung von Kraftstoff in einem bestimmten Zylinder gesteuert
werden. Diese Steuerung erfolgt abhängig von bestimmten Betriebskenngrößen der
Brennkraftmaschine.
-
Der
Common-Rail 1 weist einen Drucksensor 15 zum Messen
des aktuellen Ist-Drucks in dem Common-Rail 1 auf, welcher
mit dem Steuergerät
signalverbunden ist. Das Mengensteuerventil 3 wird in Abhängigkeit
der Abweichung des gemessenen Ist-Drucks von einem Soll-Druck entsprechend
angesteuert, was weiter unten ausführlicher erläutert wird. Mittels
des Mengensteuerventils 3 kann die von der Hochdruckpumpe 2 geförderte Kraftstoffmenge
und damit der Druckaufbau in dem Common-Rail 1 gesteuert
werden. Hierzu ist es erforderlich, dass das Mengensteuerventil 3 zu
einem bestimmten ersten Zeitpunkt angesteuert und die Ansteuerung
zu einem bestimmten zweiten Zeitpunkt zurückgenommen wird, d.h. dass
das Tastverhältnis – das Verhältnis von
Ansteuerdauer zu Periodendauer – geeignet
gesteuert wird.
-
3 illustriert
eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der maximalen Motorlast
von der Motordrehzahl n. Die Motorlast ist ca. proportional zum
Kraftstoffbedarf pro Arbeitsspiel in dem Common-Rail 1.
Wie in 3 ersichtlich ist, steigt die maximale Last und
somit der maximale Kraftstoffbedarf pro Arbeitsspiel in dem Common-Rail 1 mit
zunehmender Motordrehzahl n zunächst
stetig, d.h. nimmt bei einer Betätigung
des Gaspedals anfänglich
stetig zu, wobei ab einem Lastmaximum sich der Kraftstoffbedarf
pro Arbeitsspiel mit weiter steigender Motordrehzahl n wieder etwas
verringert. Dies liegt an der Tatsache, dass sich der Luftdurchsatz
ab einer bestimmten Motordrehzahl pro Arbeitsspiel verringert.
-
Wie
ferner in 3 ersichtlicht ist, wird vorzugsweise
ein Schwellwert bezüglich
der Motordrehzahl n, d.h. eine Grenzdrehzahl GZD festgelegt, welche
beispielsweise der dem Lastmaximum zugeordneten Motordrehzahl entspricht
oder sich im Bereich dieser Motordrehzahl befindet. Bei einer Motordrehzahl
n unterhalb der Grenzdrehzahl GDZ erfolgt vorzugsweise eine Ansteuerung
des Mengensteuerventils 3 mit der vorbestimmten Grundfrequenz
der Motordrehzahl. Dies wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 4 näher
erläutert.
-
Unter
einem Arbeitsspiel einer nach dem Vier-Takt-Verfahren arbeitenden
Brennkraftmaschine wird im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung
ein Kurbelwinkel von 720° verstanden,
da innerhalb eines solchen Arbeitsspiels jeder Zylinder die vier
Takte eines Viertaktmotors – Ansaugen,
Verdichten, Arbeiten und Ausstoßen – durchläuft.
-
4a bis 4d illustrieren
das Betriebsverhalten der Hochdruckpumpe 2 bei einer Motordrehzahl
n kleiner als die oben genannte Grenzdrehzahl GDZ, wobei in 4a der
Pumpenhub während eines
Arbeitsspiels, in 4b das Pumpenverhalten während eines
Arbeitsspiels, in 4c die Ansteuerung während eines
Arbeitsspiels und in 4d die Kraftstoff-Fördermenge
während
eines Arbeitsspiels graphisch dargestellt sind.
-
Wie
in den 4a bis 4d ersichtlich
ist, erfolgt bis zu der Grenzdrehzahl GDZ eine Ansteuerung des Mengensteuerventils 3 in
Abhängigkeit
des Pumpenhubs für
jeden Pumpenhub gleichermaßen, d.h.
pumpenhubsynchron. Während
jeder Aufwärtsbewegung des
Kolbens 7 von dem unteren Totpunkt UT in Richtung des oberen
Totpunktes OT, d.h. während
jeden Förderhubs
FH, erfolgt eine Bestromung des Mengensteuerventils bei einem einheitlichen, vorbestimmten
Hubniveau, beispielsweise nach dem halben Kurbelwinkel des Förderhubs
FH. Ab dem Zeitpunkt der Bestromung schließt das Mengensteuerventil 3 bei
einem Förderhub
FH derart, dass eine Kraftstoffmenge in den Common-Rail 1 gefördert wird,
solange bis der Kolben 7 den oberen Totpunkt OT erreicht.
-
Während jeder
Abwärtsbewegung
des Kolbens 7 von dem oberen Totpunkt OT in Richtung des unteren
Totpunktes UT, d.h. während
jeden Saughubs SH, erfolgt eine Zurücknahme der Ansteuerung bzw.
eine Nicht-Bestromung des Mengensteuerventils bei einem einheitlichen,
vorbestimmten Hubniveau, beispielsweise nach dem halben Kurbelwinkel
des Saughubs SH, wie in 4c in
Verbindung mit 4a ersichtlich ist. Bei einem
Saughub SH kann pumpenbedingt keine Kraftstoffförderung erfolgen.
-
Vorzugsweise
wird jeweils ein Tastverhältnis der
Ansteuerung von 0,5 gewählt,
so dass eine gleichmäßige periodische
Ansteuerung gewährleistet ist.
Der oben beschriebene Zyklus wird für jeden der vier Nocken auf
der Nockenwelle gleichmäßig derart durchlaufen,
dass vier gleichmäßige Fördermengen bei
jedem Förderhub
FH des Kolbens 7 gewährleistet werden.
Die in den 4c und 4d dargestellten gestrichelten
Linien illustrieren Verschiebungen des Ansteuerzeitpunktes, wobei
bei einer früheren
Ansteuerung des Mengensteuerventils 3 eine größere Fördermenge
und bei einer späteren
Ansteuerung des Mengensteuerventils 3 während des Förderhubs FH eine geringere
Fördermenge
in den Common-Rail 1 gefördert wird. Dies kann zur Steuerung der
Gesamtfördermenge
während
eines Arbeitsspiels ausgenutzt werden, wobei der Ansteuerzeitpunkt
durch das Steuergerät
in Abhängigkeit
des Kraftstoffbedarfs gesteuert werden kann.
-
Das
System bestehend aus Hochdruckpumpe 2 mit Kolben 7 und
Mengensteuerventil 3 ist vorzugsweise derart ausgestaltet,
dass bei einer Dauerbestromung des Mengensteuerventils 3 gemäß 5a eine
Kraftstoffmengen-Vollförderung
gemäß 5b erfolgt,
da sich das Mengensteuerventil 3 während des gesamten Förderhubs
FH des Kolbens 7 im geschlossenen Zustand befindet.
-
Andererseits
erfolgt bei einer Nicht-Bestromung des Mengensteuerventils 3 gemäß 6a eine
Kraftstoffmengen-Nullförderung
gemäß 6b, da
sich das Mengensteuerventil 3 während des gesamten Förderhubs
FH des Kolbens 7 im geöffneten Zustand
befindet und kein Druck in der Arbeitskammer 6 zum Gewährleisten
einer Kraftstoffmengenförderung
aufgebaut werden kann.
-
Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung erfolgt eine Ansteuerung des Mengensteuerventils 3 bis
zu der vorbestimmten Grenzdrehzahl GDZ gemäß den 4a bis 4d,
d.h. die Ansteuerung erfolgt für
jeden Nocken der Nockenwelle und somit für jeden Pumpenhub gleichmäßig bzw.
pumpenhubsynchron.
-
Ab
einer Motordrehzahl oberhalb der vorbestimmten Grenzdrehzahl GDZ
wird die pumpenhub- bzw. kurbelwinkelsynchrone Ansteuerung des Mengensteuerventils
vorzugsweise in eine Ansteuerung umgewandelt, welche nicht länger für jeden
Pumpenhub synchron ist, sondern in Abhängigkeit des augenblicklichen
Kraftstoffbedarfs in dem Common-Rail 1 festgelegt wird.
Dies wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die 7 bis 9 näher erläutert, wobei 7 einen ersten Ansteuerbetrieb, 8 einen zweiten Ansteuerbetrieb und 9 ein Flussdiagramm
des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
darstellen.
-
In 9 bezeichnet
Schritt S1 das Messen der aktuellen Motordrehzahl n mittels eines
Drehzahlmessers, welcher im Allgemeinen in gängigen Kraftfahrzeugsystemen
vorgesehen ist. Der Drehzahlmessen ist mit dem Steuergerät für eine Übertragung
der gemessenen Motordrehzahl n signalverbunden.
-
Das
Steuergerät
vergleicht in dem Schritt S2 die Motordrehzahl n mit der beispielsweise
als Kennfelder in einer Speichereinrichtung abgelegten Grenzdrehzahl
GDZ, wobei für
den Fall, dass die gemessene aktuelle Motordrehzahl n unterhalb
der Grenzdrehzahl GDZ liegt, in dem Schritt S3 eine Ansteuerung
des Mengensteuerventils 3 gemäß den 4a bis 4d erfolgt.
Diesbezüglich
wird auf die obigen Ausführungen
verwiesen.
-
Liegt
eine Motordrehzahl n vor, die größer als oder
gleich groß ist
wie die Grenzdrehzahl GDZ, so wird in dem Schritt S4 der aktuelle
Kraftstoffbedarf KSB in dem Common-Rail 1 gemessen. Dazu
wird mittels des vorher genannten Drucksensors 15 der aktuelle
Druck in dem Common-Rail 1 gemessen und der aktuelle Kraftstoffbedarf
KSB in dem Common-Rail 1 durch
einen Vergleich des erfassten Ist-Drucks mit einem vorbestimmten
Soll-Druck ermittelt. Kennlinien für die zugeordneten Soll-Drücke können wiederum
in der oben genannten Speichereinrichtung abgelegt sein.
-
Das
mit dem Drucksensor verbundene Steuergerät ermittelt den aktuellen Kraftstoffbedarf
KSB und steuert das Tastverhältnis
der Ansteuerung des Mengensteuerventils 3 in Abhängigkeit
dieses ermittelten aktuellen Kraftstoffbedarfs KSB.
-
Beispielsweise
vergleicht das Steuergerät
in dem Schritt S5 den ermittelten aktuellen Kraftstoffbedarf KSB
mit einem ersten Schwellwert SW1. Ergibt der Vergleich in Schritt
S5, dass der aktuelle Kraftstoffbedarf KSB größer als oder gleich groß wie der erste
Schwellwert SW1 ist, so liegt ein hoher Kraftstoffbedarf in dem
Common-Rail 1 vor, was in 3 durch
den Bereich 2 graphisch darstellt ist.
-
In
dem Bereich 2 erfolgt in dem Schritt S6 vorzugsweise eine
Ansteuerung des Mengensteuerventils 3 gemäß den 7a und 7b.
Die Ansteuerfrequenz zur Ansteuerung des Mengensteuerventils 3 wird
gegenüber
der in 4c dargestellten Grundfrequenz
vorzugsweise derart auf den halben Wert reduziert, dass jeder zweite
Förderhub
FH der Hochdruckpumpe 2 mit einer Dauerbestromung gemäß 5a ausgeführt und
somit als Vollförderhub VFH
genutzt wird. Die dazwischen liegenden Förderhube FH der Hochdruckpumpe 2 werden
als Regelhübe
RH genutzt, wobei die Fördermenge
bei diesen Regelhüben
RH in Abhängigkeit
des Ansteuerzeitpunktes geregelt wird, wie in den 7a und 7b dargestellt
ist. Der Ansteuerzeitpunkt wird wiederum in Abhängigkeit des ermittelten aktuellen
Kraftstoffbedarfs KSB durch das Steuergerät derart eingestellt, dass
das erforderliche Tastverhältnis
der Ansteuerung des Mengensteuerventils 3 für eine gewünschte Kraftstoffmengenförderung
einen vorbestimmten Wert einnimmt.
-
Ergibt
der Vergleich in Schritt S5, dass der aktuelle Kraftstoffbedarf
KSB unterhalb des ersten Schwellwertes SW1 liegt, so wird in dem
Schritt S7 ein Vergleich durchgeführt, ob der aktuelle Kraftstoffbedarf
KSB kleiner als oder gleich groß ist
wie ein zweiter Schwellwert SW2. In diesem Fall liegt ein niedriger
aktueller Kraftstoffbedarf KSB in dem Common-Rail 1 vor,
was in 3 durch den Bereich 3 graphisch dargestellt
ist.
-
In
dem Bereich 3 wird das Mengensteuerventil 3 gemäß den 8a und 8b angesteuert, wobei
die Ansteuerfrequenz gegenüber
der in 4c dargestellten Grundfrequenz
wiederum vorzugsweise auf den halben Wert derart reduziert wird, dass
jeder zweite Förderhub
FH mit einer Nicht-Bestromung und somit als Nullförderhub
NFH gemäß 6a und 6b ausgeführt wird.
Die dazwischen liegenden Förderhübe FH der
Hochdruckpumpe 2 werden analog zu dem Bereich 2 als
Regelhübe
RH genutzt, wobei die Fördermenge
der Regelhübe
RH wiederum durch den Ansteuerzeitpunkt mittels des Steuergerätes gesteuert
wird, wie in den 8a und 8b ersichtlich
ist.
-
Ergibt
der Vergleich in Schritt S7, dass der aktuelle Kraftstoffbedarf
KSB größer ist
als der zweite Schwellwert SW2, so existiert ein mittlerer Kraftstoffbedarf
vor, der als Bereich 4 gemäß 3 zwischen dem
hohen Kraftstoffbedarfsbereich 2 und dem niedrigen Kraftstoffbedarfsbereich 3 liegt.
In dem indifferenten Bereich 4 wird das Tastverhältnis der
Ansteuerung des Mengensteuerventils 3 durch eine Mischsteuerung
gesteuert, welche sich aus den Steuerbetriebe gemäß den Schritten
S6 und S8 zusammensetzt, d.h. es wird vorzugsweise zwischen dem
Steuerbetrieb gemäß 7 und dem Steuerbetrieb gemäß 8 hin- und hergeschaltet, bis der aktuelle Kraftstoffbedarf
in dem Common-Rail 1 abgedeckt ist.
-
Durch
das erfindungsgemäße Steuern
von Tastverhältnis
und Frequenz der Ansteuerung des Mengensteuerventils in Abhängigkeit
des aktuelle Kraftstoffbedarfs Verfahren wird somit das Mengensteuerventil
ab einer vorbestimmten Grenzdrehzahl mit einer gegenüber der
Grundfrequenz verringerten Ansteuerfrequenz angesteuert, so dass
auch bei hohen Motordrehzahlen eine phasengerichtete, genaue Ansteuerung
gewährleistet
wird. Da das erfindungsgemäße Verfahren
keine Änderungen
der Kraftstoffeinspritzanlage erfordert, kann es ohne Mehrkosten durch
eine geeignete Umprogrammierung des Steuergerätes angewendet werden.
-
Es
sei abschließend
darauf hingewiesen, dass Kennfelder auch für das entsprechende dem jeweiligen
Fahrverhalten des Kraftfahrzeuges zugeordnete Tastverhältnis der
Ansteuerung des Mengensteuerventils sowie für die Schwellwerte SW1 und SW2
in der Speichereinrichtung vorteilhaft abgespeichert werden können.
-
Obwohl
die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
vorstehend beschrieben wurde, ist die darauf nicht beschränkt, sondern
auf vielfältige
Weise modifizierbar.
-
Beispielsweise
ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine Nockenwelle mit vier
Nocken bzw. auf vier Pumpenhübe
während
eines Arbeitsspiels beschränkt,
sondern sie kann selbstverständlich
auf eine beliebige Anzahl an Förderhüben während eines
Arbeitsspiels angewendet werden.